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1、价值5万美元的卵子,属于美国常春藤联合会的几所大学的校刊曾登载过一则广告“不孕夫妇寻找作常春藤梦的女子的卵子”,卵子“供应”的经济学提出了一系列社会必须面对的伦理和法律问题。,第四章 生命的延续繁殖与遗传,繁殖方式 染色体遗传学说 遗传的分子基础 遗传物质的改变突变 人类遗传疾病 基因工程 生物克隆原理,第一节 繁殖方式,无性生殖:不涉及性别，没有配子参加，不经过受精过程，直接由母体形成新个体的繁殖方式有性生殖和减数分裂有性生殖：通过两性细胞融合为一，成为合子受精卵，发育成新一代的生殖方式，是生物界普遍的生殖方式两性细胞通过减数分裂（期、期）产生,精原细胞,初级精母细胞,减数第一次分裂,次级精
2、母细胞,1个精原细胞,1个初级精母细胞,2个次级精母细胞,染色体复制,四分体,同源染色体分离染色体减半,减数第一次分裂,(2N),(2N),(N),减数第二次分裂,精细胞,精子,次级精母细胞,检测未出生的婴儿,家族遗传病；35岁以上的孕妇生下患唐氏综合症的婴儿的几率大大增高。,羊膜穿刺手术绒毛膜取样手术,第二节 染色体遗传学说,三大遗传定律 孟德尔定律的延伸 性别决定 人类性连锁遗传,一、三大遗传定律,孟德尔（Mendol，1822-1884）奥地利遗传学家，遗传学奠基人“遗传因子”提出分离定律、自由组合定律,孟德尔遗传定律,1.分离定律:一对等位基因在杂合的状态下互不沾染，仍保持其独立性，在
3、配子形成时又各自分配到不同配子中去。,等位基因：位于同源染色体同一位置上的基因，决定着同一性状,PP显性等位基因同源,aa隐性等位基因同源,Bb杂合,1.分离律,相对性状是由遗传因子控制的等位基因在杂合状态下互不干扰，保持独立性,基因型1：2：1,表型3：1,P（亲本）紫花 白花F1（子一代）紫花（自花授粉）F2（子二代）紫花 白花（705）（224）F2表型比例 3：1,AA？,为了确定P是杂合子还是纯合子，让P与隐性纯合子杂交，这就叫测交,（紫花）,（白花）,2.自由组合定律,2对非等位基因,2对非等位基因互不干扰,9黄圆：3绿圆：3黄皱：1绿皱,3：1,3：1,YyRr,测交实验表明：F
4、1代非等位基因在无相互作用情况下，形成配子时，独立自由分配。,1902年，萨顿发现染色体在减数分裂时的行为与孟德尔遗传因子的分离、组合之间存在平行对应关系：,孟德尔定律的细胞学基础,根据以上分析，萨顿等人提出遗传基因是位于染色体上的假说，但当时缺乏直接实验证据摩尔根和他的学生通过性连锁实验，才完全证实了萨顿等人的假设是正确的,伴性遗传,摩尔根（Morgen，1866-1945）现代遗传学的奠基人以果蝇为实验材料设想能把果蝇的某一特征在子代只表现在雄性或雌性的某一实验组内，就能说明决定这一特征的基因就位于某一染色体上,野生型果蝇的眼色是红色的，有一天在摩尔根实验室却发现了1只的白眼果蝇（突变）,
5、F2代中，雌性全部是红眼，雄性红眼、白眼各占一半白眼的果蝇全是雄性,雌性 2雄性 1,他假设:控制红眼的基因在X染色体上，记为，为显性控制白眼的基因也在X染色体上，记为w，为隐性Y染色体上没有与w等位的基因,杂交图可写成:,控制果蝇白眼的基因是位于X染色体上第一次把一个特定的基因与一个特定的染色体联系起来，确立了染色体遗传理论摩尔根荣获1933年诺贝尔生理学和医学奖,3.连锁交换定律,位于同一条染色体上的基因连在一起的伴同遗传的现象连锁果蝇灰身B长翅V连锁，黑身b残翅v连锁,完全连锁,不完全连锁,两对基因距离越近，交换机会就越小,为什么用F1做测交实验会出现基因交换现象，尚不清楚,返回,基因连
6、锁图,测定基因间的距离交换值法根据基因在染色体上有直线排列的规律，把每条染色体上基因排列的顺序（连锁群）制成图称为遗传学图，或基因连锁图作基因连锁图首先确定,基因在染色体上的位置基因间的距离,连锁图,杂种F1进行测交时，如果其后代表型比例为1:1:1:1，说明是自由组合；如果亲本型比例很高，重组型比例很低，说明它们是连锁的重组频率RF可用于测定测交后代中表现出的连锁程度,F1代 BbVv bbvv配子 BV Bv bV bv bvF2代 BbVv Bbvv bbVv bbvv,返回,自由组合,表型比例为 1:1:1:1,测交,RF以百分比表示，把百分比去掉即为图距如：杂交后，计算w-y,1.5
7、%；y-bi,5.4%；w-bi,6.9%,基因连锁图：根据基因在染色体上有直线排列的规律，把每条染色体上基因排列的顺序（连锁群）制成图也称为遗传学图,孟德尔和摩尔根对现代遗传学的贡献是确立了染色体遗传理论遗传学三大定律,分离律自由组合律连锁互换律,孟德尔遗传规律在理论和实践上的意义,孟德尔的分离规律和自由组合规律是遗传学中最基本、最重要的规律，后来发现的许多遗传学规律都是在它们的基础上产生并建立起来的。,1理论应用,自由组合规律为解释自然界生物的多样性提供了重要的理论依据。比如说，一对具有20对等位基因（这20对等位基因分别位于20对同源染色体上）的生物进行杂交，F2可能出现的表现型就至少有
8、2201048576种。这可以说明现在世界生物种类为何如此繁多。分离规律帮助我们理解为什么近亲不能结婚。由于有些遗传疾病是由隐性遗传因子控制的，这些遗传病在通常情况下很少会出现，但是在近亲结婚（如表兄妹结婚）的情况下，他们有可能从共同的祖先那里继承相同的致病基因，从而使后代出现病症的机会大大增加。,思考题 根据已学知识从基因和遗传角度阐述自然界生物多样性的原因。,返回,2实践应用,杂交育种：可以有目的地将两个或多个品种的优 良性状结合在一起，再经过自交，不断进行纯化 和选择，从而得到一种符合理想要求的新品种。,二、孟德尔定律的延伸,生物性状往往不是单一基因控制的，而是由若干基因相互作用的结果,
9、等位基因间的相互作用非等位基因之间相互作用,（一）等位基因间的相互作用,1、不完全显性2、复等位基因,1、不完全显性,不完全显性指一个基因对另一个基因显性不完全，3种基因型表现出3种不同表型 孟德尔遗传规律中相对性状是受完全显隐性基因控制的 在自然界中，很多基因存在不完全显性 如植物的红花和白花，两者杂交出现粉红色，说明红对白是不完全显性 又如人类的由隐性等位基因（h）引起的高胆固醇血症,2、并显性,并显性是指一对等位基因中的两个成员在杂合体中都显现出来的遗传现象如AB血型,3、复等位基因,一个座位上（染色体上基因的位置）的基因，因突变而产生两种以上的等位基因它们都影响同一性状的状态和性质这个
10、座位上的一系列等位基因总称为复等位基因,1901年兰德斯特勒发现了ABO血型系统。将人类的血型分为A型、B型和O型三种。随后，他的学生又发现了AB型，形成了完整的ABO血型系统。除红细胞型外，还有白细胞型、血小板型、血清型、红细胞酶型等。,人的血型系统,血型物质：是划分血型、决定血液特异性的依据。它不仅存在于红细胞表面，而且存在于白细胞、血小板、血清以及红细胞酶等当中；不仅存在于血液中，而且存在于人体其他组织细胞、体液和分泌物、排泄物中；不仅存在于人体，而且广泛存在于动物、植物和微生物界。通常我们把血型物质叫着血型抗原或凝集原，它能与相应的抗体(又叫凝聚素)相结合，发生凝聚反应，根据这种反应，
11、我们就可以进行血型测定。,人的ABO血型,人的ABO血型是由3个复等位基因决定的A、B对O是显性，A、B是并显性,含抗体的血清可使具有A抗原红细胞凝集；含抗体的血清可使具有B抗原红细胞凝集。,输血最好输同型血从实际经验得知，红细胞表面抗原性质似乎比血清性质更重要因此O型血（无A、B抗原）可以输给任何血型的人不会发生不良反应的原因：,每次输入量少（200ML）输入缓慢,ABO血型的生物化学基础,H、h等位基因A抗原组成：N-乙酰氨基半乳糖（A物质）连接于H物质上 B抗原组成：半乳糖（B物质）连接于H物质上,孟买表型:如果个体是hh纯合子，不能形成H物质即使体内有A、B基因产物，也不能形成A或B抗
12、原O型血女子与A型血男子生下AB血型孩子的现象,关于决定Rh血型基因是否是等位基因一直存在争议D抗原最为重要DD、Dd基因决定Rh+，在其红细胞膜上有一种特殊的粘多糖dd基因决定Rh-，在红细胞上无粘多糖,人的Rh血型系统,在输血中，如果Rh血型不合会发生溶血性输血反应，甚至造成受血者死亡Rh血型与新生儿溶血症有关,（二）非等位基因之间相互作用,互补作用：多个非等位基因同时存在时，才表现出某一性状，这些基因称为互补基因累加作用：同一个性状有多个不等位基因控制，每个基因对该性状都有影响上位效应：一对等位基因受另一对等位基因的制约，并随后者不同前者的表型而有所差异，后者即为上位基因，这一效应称为上
13、位效应,（三）基因多效性及多基因遗传,基因多效性 单一基因的多方面表型效应，称为基因多效性。一个基因 多个表型,多基因遗传 多基因遗传是指两个或多个基因座位上的基因对某一表型特征所产生的累加效应。多个基因 一个表型 如：身高、肤色的决定,三、性别决定,生物体雌雄性别决定由性染色体决定,哺乳动物的性别决定,XX雌性XY雄性Y染色体在性别决定中起决定性的作用,人类性染色体某些性质比较,巴氏小体和剂量补偿效应,1949年巴尔（Barr）和伯特伦（Bertran）观察到公猫和母猫间期细胞核之间有形态学上的差别在紧贴核膜上有一个染色很深的小体，在母猫细胞核中出现的频率要比公猫高得多后来发现在其他许多哺乳
14、动物中都有相同的性区别在人类中，正常女性间期体细胞中都存在Barr小体,1961年赖昂（Lyon）提出假说女性体细胞中，只有一条X染色质有活性，另一条无活性，在间期细胞核中呈异固缩状态，上面大多数基因失活，致使男女之间基因差异得以弥补无论是雌性还是雄性体细胞中都只有一条有活性的X染色质，称剂量补偿效应这样在男女细胞中性连锁基因产物在数量上就基本相等了异固缩的X染色质可来自父亲，或来自母亲，随机失活在胚胎发育早期即出现异固缩，在分裂后所产生的子代细胞中持续存在,X染色质上存在失活中心Xic，在Xic同一区域内还存在Xist、Tsix、Xite三个基因基因Xist只在失活的X染色质上表达只转录功能
15、性RNA分子，并与Xic位点相互作用，引起Xic构像改变，易于结合蛋白因子，最终导致X染色质失活Tsix和Xite基因确保Xist正确表达，且负责选择哪条X染色体失活,失活中心,X染色质随机失活的分子机制,男性Y染色体功能退化,英国牛津大学人类遗传学教授布赖恩塞克斯宣称，由于男性独有的Y染色体无法自行修复基因变异造成的损伤，正在随着人类的发展而逐步退化，根据Y染色体逐步消亡的速度计算，他认为大约12.5万年后，男性也许就将从地球上灭绝，地球将变“女儿国”。,男性将从地球上消失？早在6年前，布赖恩塞克斯教授就在亚当的诅咒一书中阐述了男性可能会从地球上灭绝的惊人理论。塞克斯教授解释说：“每一代人中
16、，都有1%男人的Y染色体会产生基因变异，这会使他们的生育能力降低10%。由于无法自行修复基因变异造成的损伤，一代接一代遗传下去，Y染色体消失，男性也许将会从地球上消失。”据最近的英国新科学家杂志报道，亿万年前染色体刚刚形成时，它掌管着大约个基因，但之后这一数量却不断减少。现在的Y染色体就像一个风烛残年的老人，仅含几十个基因。,研究人员称，造成这种情况的主要原因是基因突变。由于染色体是通过男性精子传给下一代的，一个岁男性的精子复制次数，比卵子多了次。而染色体每多复制一次，发生基因突变的可能性就大一点。基因突变会使新一代染色体不能百分之百地遗传上一代染色体的功能，这样，经过一段时间后，原始染色体的
17、功能就会不复存在。,女性“单性”繁衍？塞克斯教授称，即使地球上没有男性存在，女性照样可以通过“单性生殖”继续繁衍。塞克斯教授称，英国纽卡斯尔大学的研究人员已经掌握了通过男性骨髓细胞培育“人造精子”的技术，他们下一步计划是通过女性骨髓细胞来培育“人造精子”。一旦实验成功，最多3到5年，女性就能独自繁衍生育后代。不过，由于通过女性干细胞培育出来的“人造精子”缺少Y染色体，她们“单性繁衍”的后代将全部是女孩。,但是，有些科学家却有着不同的看法。他们通过研究发现，染色体可以通过复制其他染色体上的基因来补给自己的基因库。,基因测试找回你的祖先,便利的基因测试工具让普通人能找到自己的远古祖先。科学家们则尝
18、试着利用人类基因来寻找人类共同的祖先。人类相同的基因多达99.9，因此，人类的共同点远远多于不同点。但正是剩下微不足道的0.1%帮我们追踪到自己的祖先。,泄密的Y染色体 Y染色体在父子之间是近乎完整的传递，Y染色体为找寻男性家系的祖先提供了帮助。近年来，研究人员用Y染色体比较的方法，证实了非洲南部的Lemba部落是古犹太人的后裔。Y染色体上有一段序列是犹太人独有的，在Lemba人中，这段序列出现的频率几乎相等。,四、人的性分化,指雌性或雄性生殖器官发育，由个体的基因修饰所决定的,1、睾丸决定因子（TDF）testis-determing factor,1959年科学家发现Y染色体是决定人类及哺
19、乳动物的雄性表型1966年将雄性决定区定位于Y染色体短臂上20世纪80年代，证明人Y染色体短臂上存在睾丸决定因子（TDF），其基因表达产物为H-Y抗原有H-Y抗原原始性腺发育成睾丸无H-Y抗原原始性腺发育成女性生殖器官,2、SRY基因sex-determing region of the Y,1990年发现SRY基因，雄性的性别决定基因，指Y染色体上具体决定生物雄性性别的基因片段如果XY的人其SRY基因一个关键碱基突变，就会变成女性，如果把SRY基因导入本来应该是雌性的老鼠，可以使她变成雄性编码的蛋白是一种转录因子，性转换因子,人的性分化不仅与基因有关，还与性激素及其受体是否正常有关第一个月人
20、胚胎在形态学上是中性的，包含原始的卵巢和睾丸组织，性转换因子决定分化以后的性别及第二性征发育依赖雌雄性激素作用,AIS雄性激素不敏感综合症男假两性人男性核型XY，表性为女性，身材优美，腿长，常被雇作模特患者即使使用雄性激素，性别也不能倒转AIS与雄性激素受体（AR）的基因异常有关1988年，将AR基因定位于X染色体长臂上女假两性人是雄性激素分泌过多造成的,3、AIS雄性激素不敏感综合症,五、人类性连锁遗传,X连锁显性遗传X连锁隐性遗传Y连锁遗传,连锁的显性遗传病抗维生素性佝偻病,X连锁显性遗传,患病母亲可将此病传给其子或女，其患病率各50%患病父亲只将病传给女儿，患病率100%,X连锁的隐性遗
21、传色盲,X连锁隐性遗传,男性通过他的女儿传给外孙隔代遗传,X连锁的隐性遗传血友病,X连锁隐性遗传,后代1/4患病,Y连锁遗传(限雄遗传),人类的耳道长毛症,染色体的数量变异（整倍体改变、非整倍体改变）染色体的结构变异,六、染色体畸变,1、染色体的数量变异,有丝分裂中，染色体复制后细胞却不分裂，造成染色体数目整组发生改变如无籽西瓜、香蕉、黄花菜都是3倍体，普通小麦是6倍体人类中3倍体是较常见的异常核型，在自然流产的胎儿中占到323/4000但3倍体细胞在人的某些特定组织中却是正常的，如肝、支气管上皮和羊膜,a.多倍体改变,b.非整倍体改变,染色体增加或减少几条，形成非整倍体。Down氏综合症（2
22、1三体）：病因：47（2n+1),21号染色体多一条症状：眼裂小，舌常外伸并有舌裂，掌纹异常，生长迟缓，智力低下群体发病率1/650,Down氏综合症（21三体综合症）,病因：47（2n+1),21号染色体多一条,缺失、重复、倒位、易位,2、染色体的结构改变,人类的猫叫综合症：第5号染色体短臂缺失患儿发出咪咪声，耳位低下，智商低,第三节 遗传的分子基础,基因的概念和本质基因的表达功能基因表达调控DNA损伤修复,一、基因的概念及本质,经典遗传学关于基因的概念：1882年，孟德尔“遗传因子”学说1909年，W.Johansen(丹麦)首先使用“基因”一词1925年，T.H Morgen证明基因是在
23、染色体上呈直线排列的遗传单位,遗传物质的确定1、肺炎双球菌转化实验2、噬菌体感染实验（32P、35S）3、烟草花叶病病毒重建因此得出结论：DNA是遗传信息的载体极少数的病毒以RNA为遗传物质，如天花病毒、流感病毒等,分子遗传学关于基因的概念：1957年，S.Benzer用大肠杆菌T4噬菌体为材料，在DNA分子水平上，提出顺反子的概念，证明基因是DNA分子上的一个特定区段，其功能是独立的遗传单位,基因的概念：能够转录并且表达为蛋白质的DNA。,基因概念的进一步发展：结构基因：可以编码一个RNA分子或一条多肽链的一段DNA序列。（顺反子）调控基因：其产物参与调控其他结构基因表达的基因。重叠基因：同
24、一个DNA序列可以参与编码两个以上的RNA或多肽链。不连续基因：在一个基因内，编码序列与非编码序列相间排列。跳跃基因：可以在染色体上移动位置的基因。假基因：已经丧失功能，但结构还存在的DNA序列。,重叠基因不连续基因编码的核苷酸顺序携带着遗传信息,ATGCCGAGTCAGACTACGA,GENE1,GENE2,插入顺序,编码区,mRNA:ACGUGGCCAGCC,AA:Thr Try Pro Ala,苏氨酸 色氨酸 脯氨酸 丙氨酸,内含子,基因、DNA、染色体的关系：,基因遗传的基本功能单位DNA基因的载体染色体DNA的载体,人类基因组计划（HGP）,1986年，美国Dulbecco在Scie
25、nce上发表的一篇文章开始1990年正式启动，预计15年时间，投资30亿美元美、英、法、德、日、中六国，我国是唯一的发展中国家，完成1%的测序工作2000年6月公布草图，2002年完成,基因组（genome）：一个生物体的全部基因序列最简单的生物如SV40病毒的基因组仅含有5100碱基对（base pair bp）大肠杆菌基因组的大小为5700千碱基对（kbp）人的基因组则由大约3.0109个bp组成,共有2.5万个基因或更少,大多数生物以 _为遗传物质，少数生物以_ 为遗传物质，所以_ 是一切生物的遗传物质，其中_是主要的遗传物质。蛋白质_（是，不是）遗传物质。,DNA RNA核酸DNA 不
26、是,三、基因的表达功能,中心法则,描述DNA、RNA、蛋白质三者关系的过程称为遗传信息的中心法则。,（一）DNA的复制,半保留复制半不连续复制,1、DNA半保留复制,当细胞分裂，DNA进行复制时，双螺旋结构解开而成为单链，用于合成新的互补链子代细胞出现新的DNA双链，其中一股单链是从亲代完整地接受过来的另一股单链完全重新合成，且按碱基配对原则互补,DNA半保留复制的证据,N14/N14DNA 轻链DNA,N15/N15DNA 重链DNA,实验的结果预期的结果一致，说明克里克等所做的假设正确,DNA复制方式是半保留复制,复制叉复制开始后由于DNA双链解开，在两股单链上进行复制，形成在显微镜下可看
27、到的叉状结构，称为复制叉,2、DNA复制过程,复制叉,a、解旋,拓扑异构酶DNA解链酶单链DNA结合蛋白,b、引发,DNA聚合酶合成方向5 3DNA聚合酶不能发动新链的合成，只能延长已存在的DNA链DNA复制时，先由RNA聚合酶在DNA模板上合成一段RNA引物，再由DNA聚合酶从RNA引物3-OH端开始合成新的DNA新链,5 3随后链形成冈崎片段这些不连续片段只存在与DNA复制叉上其中的一股。后来就把这些不连续的片段称为冈崎片段随后链需要多个引物,c、冈崎片段与半不连续复制,d、终止,由DNA聚合酶切除RNA引物由RNAH降解RNA引物并由DNA聚合酶将缺口补齐再由DNA连接酶将冈崎片段连在一
28、起形成大分子DNA,复制过程中各种酶和蛋白质因子,冈崎片段RNA引物切除缺口填补DNA聚合酶修复DNA 合成新链，连接、校对、更换核苷酸,1.复制的时间,有丝分裂的间期减数第一次分裂前的间期,2.复制的场所:主要在细胞核内,3.复制的特点:边解旋边复制,4.复制的方式:半保留复制,独特的双螺旋结核提供精确模板碱基互补配对保证准确复制,真核生物染色体线性DNA分子末端的结构作用：保护染色体末端免受损伤，使染色体保持稳定 与核纤层相连，使染色体得以定位,3、真核生物的端粒,端粒本身没有任何密码功能，它就像一顶高帽子置于染色体头上。细胞每分裂一次，染色体顶端的端粒就缩短一次，当端粒不能再缩短时，细胞
29、就无法继续分裂了。这时候细胞也就到了普遍认为的分裂100次的极限并开始死亡。因此，端粒被科学家们视为“生命时钟”。科学家由此又开始研究精子和癌细胞内的染色体端粒是如何长时间不被缩短的原因。端粒酶在人体内的奇特作用：除了人类生殖细胞和部分体细胞外，端粒酶几乎对其他所有细胞不起作用，但它却能维持癌细胞端粒的长度，使其无限制扩增。,图中一、二、三表示DNA复制的过程：一表示_，这一过程中，DNA分子在_的作用下，两条扭成螺旋的长链开始解开。二表示以母链为模板进行碱基配对。每条母链在一些_的作用下，链上的碱基按照_原则与周围环境中游离的_来配对。三表示_。,解链解链酶,DNA聚合酶碱基互补配对 脱氧核
30、苷酸,形成两条DNA子链,（二）RNA的转录和加工,1、转录（不对称转录）,转录生物体以DNA为模板合成RNA的过程转录所需的酶叫RNA聚合酶（依赖DNA的RNA聚合酶）RNA聚合酶合成方向为5 3,转录过程,启动子+转录因子+RNA聚合酶（转录酶）启动子：DNA链上的一段特定的核苷酸序列,RNA聚合酶（转录酶）结合到DNA之前，一些转录因子能识别TATA盒，并与之结合RNA聚合酶与启动子结合之后，另一些转录因子再与之结合，形成转录起始复合物位于启动子中的转录起始点附近的DNA双螺旋链解螺旋,RNA聚合酶（转录酶）结合到DNA上，向前移动，使DNA双链渐渐解开以其中具有转录活性的一条链（3 5
31、）为模板，将游离的核苷酸单体AGCU按碱基互补原则合成RNA分子链转录后的DNA区域又重新形成双螺旋结构,模板链,3,5,3,5,转录时只需转录那些分化细胞所需的信息对红细胞，需要血红蛋白才能起到运送氧气的作用，因此必须从DNA上转录下血红蛋白基因对胰岛细胞，需要转录的是指导合成胰岛素的基因,5,3,RNA聚合酶合成方向均为53方向,丙氨酸缬氨酸组氨酸缬氨酸,复制和转录的比较,相同点：1.都以DNA为模板 2.原料为核苷酸 3.合成方向均为53方向 4.都需要依赖聚合酶 5.遵守碱基互补配对规律 6.产物为多聚核苷酸链,不同点,2、转录后的修饰,A、真核生物mRNA的特点,hnRNA（核不均一
32、RNA）加工、拼接真核生物mRNA一般只含有一个基因，编码产物为单顺反子真核生物的RNA聚合酶必须在蛋白质转录因子的协助下进行转录,真核生物mRNA前体的剪接,首、尾的修饰 5-端 加帽(m7GpppG)3-端 poly A尾巴的生成断裂基因(split gene)外显子(exon)内含子(intron),B、原核生物mRNA的特点,原核生物mRNA转录后不加工多顺反子转录：几个结构基因转录在一条mRNA链上由RNA聚合酶直接起始转录合成RNA转录和翻译同时偶连，mRNA尚未转录完全，蛋白质合成就已开始，寿命短,1964年，Temin提出逆转录假设1970年，Temin和Batiomore同时
33、分别从致癌的RNA病毒中发现逆转录酶,3、逆转录现象和逆转录酶,逆转录病毒是只有一条单链RNA（核糖核酸）的病毒类的总称，需在逆转录酶的作用下首先将RNA转变为cDNA，再在DNA复制、转录、翻译等蛋白酶作用下扩增的一类病毒。,HIV病毒,艾滋病毒是逆转录病毒类的一种RNA病毒，它可依附在T4淋巴细胞表面进而侵入，并在其中通过逆转录酶的作用复制、繁殖，杀伤被感染的T4淋巴细胞，从而造成机体免疫缺陷的形成。,逆转录酶,逆转录活性(RNA指导的DNA聚合酶)RNaseH 活性DNA聚合酶活性(DNA指导的DNA聚合酶),艾滋病治疗药物：逆转录酶抑制剂,mRNA模板（半衰期短）tRNA搬运工具rRN
34、A构成核糖体作为蛋白质合成场所（含量最多）,（三）蛋白质的生物合成,按细胞核中DNA指令，以mRNA为模板，用tRNA为运载工具，在rRNA内把细胞质中氨基酸有序的排列起来的过程蛋白质的生物合成过程。此过程在遗传学上称为转译或翻译。,自然界采用3个核苷酸作为一个密码子来编码一种氨基酸。这种遗传密码又称为三联密码。4种核苷酸语言 20种氨基酸语言,1、遗传密码,最早的遗传密码是Nirenberg和Khorana 分别60年代破译的，后获1968年诺贝尔生理学和医学奖。,起始密码,43=6461个编码氨基酸的密码子，包括1个起始密码子AUG3个终止密码子UAA、UAG、UGA,1.连续性2.简并性
35、3.摆动性4.通用性5.有起始子(AUG)和终止子(UAG,UAA,UGA),遗传密码的特点,2、tRNA和氨基酰-tRNA,稳定的氨基酸经过活化后才能参加蛋白质合成氨基酰-tRNA合成酶具有绝对专一性,tRNA的3-端CCA-OH是氨基酸的结合位点，形成氨酰tRNAtRNA的反密码子环与mRNA的密码配对,3、肽链的翻译,mRNA,小亚基,大亚基,遇到终止密码停止翻译过程,肽酰转移酶,P186,E P A,多聚核糖体,在一条mRNA链上，多个核糖体呈串珠状排列（间隔80个核苷酸），多个核糖体同时在一条mRNA上进行翻译大大加速蛋白质合成的速度，提高了mRNA的利用率,蛋白质合成示意图,信号肽
36、和信号肽的识别内质网上多肽的糖基化修饰,（四）多肽合成后的定向运输和翻译后的加工,切除N端信号肽形成二硫键磷酸化糖基化,高尔基体中多肽的糖基化修饰及多肽的分类,原核生物：不能进一步加工真核生物：内质网、高尔基体对蛋白质 进一步加工,四、基因表达调控,基因表达调控是指与调节基因表达有关的所有机制,原核生物基因表达调控（转录水平）真核生物基因表达调控（基因表达整个过程）,原核生物的基因表达调控,主要通过转录调控,操纵子即基因表达的协调单位，包括结构基因以及他们共同的控制区和调节系统。,PRNA酶结合的DNA序列，负责启动转录过程 O结合阻遏物,是RNA酶能否通过的开关，控制转录速度I由其产生阻遏蛋
37、白，调节操纵基因,（60年代初发现）,无诱导物（乳糖）时，阻遏转录,1、乳糖操纵子的结构诱导型操纵子,i基因,P,O,Lac Z,Lac Y,lac A,有诱导物时,阻遏物,蛋白亚基,阻遏蛋白,诱导物,无活性的,阻遏蛋白,转录,翻译,-半乳糖苷酶,-半乳糖苷通透酶,-半乳糖苷乙酰转移酶,mRNA,有诱导物（乳糖）时,-半乳糖苷酶合成后，催化分解乳糖为半乳糖和葡萄糖。乳糖被分解后，又造成阻遏蛋白与操纵基因结合，使结构基因关闭,2、trp操纵子阻遏型操纵子,当培养基中有足够的trp时trp结合辅阻遏蛋白阻断转录，操纵子自动关闭,真核生物的基因表达调控：,DNA水平的调控转录水平的调控转录后水平的调
38、控翻译水平的调控,真核生物基因表达调控涉及基因表达的整个过程,DNA水平调控,基因丢失基因扩增基因重排,转录水平调控,转录因子作用 一类能与DNA结合并刺激特定基因转录的调节蛋白 与RNA聚合酶的核心启动子位点结合 与特异基因的各种调控位点结合增强子 含多重控制元件的DNA片段，调节远离它的基因(P191)沉默子 可减弱或抑制启动子的活性的DNA片段,组蛋白修饰 核小体组蛋白尾部发生高度乙酰化后，染色质松散，使DNA利于转录DNA甲基化修饰 甲基化暂时关闭基因转录 甲基化程度与基因转录强度呈负相关,可变RNA剪接 来自同一初级转录产物，经过加工后产生两种以上有功能的mRNA，就成为可变RNA剪
39、接。mRNA降解 某些特殊的RNA分子或片段，与特定的mRNA结合后，通过mRNA降解，达到转录后的调控作用。miRNA：微小RNA RNAi：RNA干扰 基因沉默,转录后调控,第五节 人类遗传疾病,遗传病遗传病的诊断和治疗,一、遗传病,人类中约10%的人患有单基因遗传病约20%的人患有多基因遗传病、染色体病遗传病是造成人类寿命缩短的主要因素,二、遗传病诊断,临床水平细胞水平：染色体、细胞、组织检查分子水平：检测基因产物-蛋白质、酶的量和活性检测酶促反应底物或产物的变化基因水平：核酸分子杂交法、PCR法、限制性内切酶法、核酸测序法等,三、遗传病的治疗,基因治疗 从根本上治疗遗传病的方法 反义疗
40、法 核酶,1、基因治疗,体外原位治疗：从患者体内取出带有基因缺陷的细胞 通过基因转移进行遗传修正 将经过遗传修正后的细胞进行选择和培养 将修正后的细胞通过融合或移植的方法转入患者,体内基因治疗：,通过转移载体将具有治疗功能的基因直接转入病人的某一特定组织中,转移载体 化学疗法与物理疗法,转移载体,常用病毒作为基因转移的载体基因转移的方法主要有：重组RNA病毒介导的基因转移重组DNA病毒介导的基因转移,首例基因治疗,4岁女孩患严重免疫缺陷症(SCID)缺乏腺苷酸脱氨酶(ADA)2-脱氧腺苷含量升高，有毒性，严重破坏免疫功能ADA基因通过LN逆转录病毒载体回输病人淋巴细胞（靶细胞）,2、反义疗法,
41、通过阻遏或降低目的基因的表达达到治疗的目的引入目的基因的mRNA的反义序列与mRNA相配对后，用于翻译mRNA的量就大大减少，因而合成的蛋白质的量也相应大大减少,3、核酶的基因治疗,核酶（ribozyme）是指具有催化裂解活性的RNA分子通过载体将核酶转入细胞，特异性地切割有害基因,第六节 基因工程,DNA重组技术是在20世纪70年代发展起来的一项生物学高新技术是基因工程的核心,基因工程,采用类似工程技术的方法，在离体条件下将特定的基因或DNA序列插入载体中，构成重组DNA，再把它导入特定的生物细胞中，使外源基因在其中复制表达，制造出大量基因和基因产物，并改变受体生物的性状。,过程,1、目的基
42、因的获得及制取2、基因载体的选取3、DNA体外重组4、DNA重组体导入受体细胞5、重组体的筛选6、重组基因的表达,基因工程的内容,基因克隆示意图,一、目的基因的获得及制取,（一）目的基因获得,化学合成法基因组DNA文库cDNA文库聚合酶链式反应PCR,DNA多聚链式反应1985年由美国Millus创立,PCR,操作步骤：,1、加热变性：将待扩增的DNA置于9495的高温水浴中加热5分钟，使双链DNA解链为单链DNA，分开的两条单链作为扩增的模板。2、退火：将加热变性的单链DNA溶液的温度缓慢下降至55，在这过程中将引物的碱基与单链模板DNA一端碱基互补配对。3、延伸：在退火的过程中，当温度下降
43、至72 时，在耐热性TaqDNA多聚酶、适当的pH和一定的离子强度下，引物碱基和模板DNA结合延伸成双链DNA。,基因的 扩增技术链式扩增反应,变性(94),复性(55),P1,+,P2,+,P1,P2,合成（72）,PCR,经60次循环，扩增倍数为260,（二）制取,将所需的基因从DNA上切割下来，所用的“手术刀”限制性内切酶内切酶是存在于微生物体内具有特异功能的酶类，是微生物作为区别自己与非己的DNA，近而降解非己的DNA分子的一种防卫工具将之提取出来作为基因操作工具,一种限制酶只能识别一种特定的核苷酸序列，并在特定的切割点上将DNA 分子切断。目前已发现的限制酶有200多种。,限制性内切
44、酶特点：,种类多极强的特异性，在特定的碱基顺序位点上切开，出现两种末端：,粘性末端 粘端,平头末端 平端,二、基因载体的选取,外源基因不易进入宿主细胞，即使进入也难以进行复制和表达，往往会被宿主细胞的内切酶系统降解掉。必须寻找合适的载体，将外源目的基因重组到载体DNA上，组成重组体，再利用载体的生物学特性导入宿主，完成复制和表达。最常用的载体为：质粒、噬菌体、病毒。,细菌、酵母菌和放线菌等生物细胞中染色体以外的双链闭合环状DNA分子。大小为1200kb；能独立于染色体外进行自我复制，每个细胞中可含10200个拷贝。其表型效应主要有决定抗药性，合成抗菌素，编码限制或修饰酶等。,质粒载体,染色体,
45、质粒,理想的质粒 拷贝数多 筛选标志：抗药性基因：tcrr，ampr 蓝白斑筛选合适的限制性内切酶酶切位点,pBR322,Eco R,Hind,Bam H,Ava,Pvu,Sal,Pst,O r i,EcoR I是从大肠杆菌菌株Eco R RY13中取得的第一种限制酶Hind 是从流感嗜血杆菌中取得的第三种限制酶,氨苄青霉素抗性基因,四环素抗性基因,复制起点,三、DNA体外重组,外源基因与载体的连接（DNA连接酶）连接方式：,粘性末端连接 连接效率高平端连接 连接效率低,DNA连接酶的作用过程,注意：目的基因制取及选择质粒时应当选取同一种限制性内切酶或者两种能够产生相同粘性末端的内切酶进行切割
46、。,重组之后的外源DNA还必须回到细胞内才能复制和表达，显示出生物学活性基因工程常用大肠杆菌、枯草杆菌、酵母菌为受体菌（宿主）,四、重组DNA导入受体菌,重组体的导入方式有：,接合转化转导显微注射,接合作用,通过细胞的直接接触，使质粒DNA从一个细胞（细菌）转移至另一个细胞（细菌）,转化作用,通过自动获取或人为地供给外源DNA，使细胞或培养的受体细胞获得新的遗传表型的过程。制备感受态细胞 冷的氯化钙处理，细胞处于最适摄取和容忍外来DNA的生理状态,转导作用,通过病毒、温和噬菌体介导，把特定的基因携带至受体细胞中。,(五)重组体的筛选,培养基中加抗生素,培养,抗药性标志选择,(六)克隆基因的表达
47、,表达载体有转录、翻译的元件密码子通用,重组基因工程菌应用实例,用基因工程大肠杆菌生产重组人表皮生长因子用基因工程大肠杆菌生产胶原蛋白用重组酵母菌生产HBsAg，制造基因工程乙肝疫苗,习题,遗传图复等位基因基因冈崎片段转录核内不均一RNA,选择题1、染色体的基本结构单位是（）A、端粒 B、核小体 C、染色体纤维 D、着丝粒2、孟得尔的测交是将未知基因型和（）杂交A、纯合显性 B、纯合隐性 C、杂合体 D、随意,3、人的色盲基因属于（）A、X连锁显性遗传 B、X连锁隐性遗传C、Y连锁隐性遗传 D、Y连锁显性遗传4、X、Y、Z是三个在同一条染色体上的基因，经重组实验表现的XY的重组率为40%，XZ
48、的重组率为5%，YZ的重组率为35%，下列对基因顺序描述正确的有（）A、基因顺序为X、Z、Y B、基因顺序Z、X、YC、ZY间距离比XZ间近 D、XY间距离比XZ间近,1注射后能使小白鼠因患败血病而死亡的是（）AR型肺炎双球菌 B加热杀死后的R型肺炎双球菌 C加热杀死后的S型肺炎双球菌 D加热杀死后的S型肺炎双球菌与R型细菌混合2用噬菌体去感染体内含32P的细胞，在细菌解体后含32P的是（）A子代噬菌体DNA B子代噬菌体所有部分 C子代噬菌体蛋白质外壳 D子代噬菌体不含32P,噬菌体外壳的合成原料直接来自于（）A细菌 B噬菌体 C原噬菌体外壳降解 D环境.一个DNA分子自我复制后形成两个DN
49、A分子，这 两个新的DNA分子（）A.分别由两条母链和两条子链形成B.两条母链和两条子链随机结合而成C.分别由一条子链及一条母链结合而成D.一条子链与另一条子链的母链结合,一个双链DNA分子为第一代，经过3次自我复制，在第四代DNA分子中，共有（）条长链，有（）条第一代脱氧核苷酸的长链 A2 B4 C8 D16DNA分子的半保留复制方式使其（）A分子结构具有相对稳定性B能精确自我复制，保证亲代与子代之间的连续性C能够精确地指导蛋白质合成D产生可遗传变异的机会,下列关于DNA复制过程中，正确顺序是（）互补碱基对间氢键断裂 互补碱基对之间形成氢键 DNA分子在解旋酶作用下解旋 以母链为模板进行碱基
50、互补配对 子链与母链盘旋成双螺旋结构 A B C D,4、人的色盲基因属于（）A、X连锁显性遗传 B、X连锁隐性遗传C、Y连锁隐性遗传 D、Y连锁显性遗传5、最不稳定的RNA是（），细胞中数量最多的RNA是（）A、mRNA B、rRNA C、tRNA D、都可能6、关于DNA复制错误的说法是（）A、首先由拓扑异构酶解旋 B、形成复制叉C、冈崎片段按 3端到5端复制 D、引物由RNA担任,3、下列对端粒描述不正确的是（）A、端粒的作用是保护染色体末端B、端粒和核仁相连，使染色体定位C、正常细胞中端粒保持不变D、癌细胞中端粒保持不变4、反密码子位于（）上A、mRNA B、rRNA C、tRNA D
